1.1 GENEL BİLGİLER

Elektrik makinalarının ve elektrikli aygıtların çalıştırılmalarında kullanılan elemanlara kumanda elemanları denilir. Kumanda elemanları, sıklıkla kumanda devrelerinde kullanılırlar. Bu elemanları tanımak ve işlevlerini bilmek, devrelerin öğrenilmesi için bir ön adım olarak düşünülmelidir. Bu sayede karmaşık devrelerin işleyişlerinin çözümünün daha kolay anlaşılabilmesine olanak sağlanır.

Bu bölümde anlatılan temel kumanda elemanları şunlardır;

  • Butonlar
  • Anahtarlar
  • Lambalar
  • Sınır Anahtarları
  • Röleler
  • Kontaktörler
  • Aşırı Akım Röleleri
  • Zaman Röleleri
  • Valfler
  • Termostatlar
  • Paket şalterler

1.2 BUTONLAR

Elektrik akımının geçip geçmemesini, yön değiştirmesini sağlayan elemanlardır. Bu elemanların kontaklarından akım geçer. Normalde açık kontaklı bir anahtardan akım geçmez. Butona basarak kontak kapandığında akım geçebilir. Normalde kapalı kontaklı bir elemandan akım geçer. Butona basarak kontak açıldığında akım geçişi durur.

1.2.1 Yapılarına Göre Butonlar

1.2.1.1 Normalde Açık Kontaklı Buton

Bu elemana kısaca başlatma (start) butonu adı verilebilir. Butona basıldığında kontak kapanarak devre tamamlanır. Buton serbest bırakıldığında ise kontak tekrar eski konumuna döner.

 

1.2.1.2 Normalde Kapalı Kontaklı Buton

Bu elemana kısaca durdurma (stop) butonu adı verilebilir. Butona basıldığında kontak açılarak devre akımı kesilir. Buton serbest bırakıldığında tekrar eski konumuna döner.

 

Biri normalde kapalı, diğeri normalde açık iki adet kontağa sahip olan butondur. Butona kuvvet uygulandığında kontaklar yer değiştirir. Bir işleme son verirken,diğer bir işlemi başlatmak istenen yerlerde kullanılır.

1.2.1.3 Çift Yollu Buton

Biri normalde kapalı, diğeri normalde açık iki adet kontağa sahip olan butondur. Butona kuvvet uygulandığında kontaklar yer değiştirir. Bir işleme son verirken,diğer bir işlemi başlatmak istenen yerlerde kullanılır.

 

1.2.1.4 Ortak Uçlu Buton (Jog Buton)

Butonun normal konumunda 1-2 bağlantılarından akım geçmektedir. Butona kuvvet uygulandığında devre 1-4 bağlantıları üzerinden tamamlanır. Buton serbest bırakıldığında normal konumuna döner. Çift yollu butondan farkı, 1 numaralı ucun ortak olmasıdır.

 

1.2.2 Çalışma Şekillerine Göre Butonlar

1.2.2.1 Kalıcı Buton (Anahtar)

Kalıcı butona basıldığında, buton durumunu değiştirir. Kalıcı buton serbest bırakıldığında, normal konumuna dönmez. Yani basıldığı şekilde kalır. Başka bir kumanda elemanı kalıcı butonu tekrar normal konumuna döndürür. Bu eleman bir aşırı akım rölesi veya bir durdurma butonu olabilir.

1.2.2.2 Ani Temaslı Buton

Ani temaslı butona basıldığında, buton durumunu değiştirir. Serbest bırakıldığında, ani temaslı buton otomatik olarak normal konumuna döner.

1.3 ANAHTARLAR

En çok kullanılan kumanda elemanlarıdır. Anahtarların butondan farkı kalıcı tipte olmasıdır.

 

1.4 LAMBALAR

Kumanda devrelerinde en çok kullanılan elemanlar sinyal lambalarıdır. Sinyal lambalarının gövdelerine neon veya akkor telli lamba takılır. Neon lambalar 220 V gibi yüksek gerilimli kumanda devrelerinde, ak kor telli lambalar ise 36 V gibi düşük gerilimli kumanda devrelerinde kullanılırlar.

 

Sinyal lambaları genellikle elektrik tablolarına bağlanacak şekilde yapılırlar. Bu bağlamada, sinyal lambasının gövdesi tablonun arka tarafında kalır. Sinyal lambasının bombeli ve renkli camı tablonun ön yüzünde bulunur.

1.5 SINIR ANAHTARLARI

Hareketli aygıtlarda bir hareketi durdurup başka bir hareketi başlatan ve aygıtın hareket eden elemanı tarafından çalıştırılan kumanda elemanına sınır anahtarı denir. Yapılarına göre sınır anahtarları, makaralı, pimli ve manyetik olmak üzere üç kısıma ayrılır.

 

1.5.1 Makaralı Sınır Anahtarı

Aygıtın genellikle sabit kısmına bağlanırlar. Aygıtın hareketli kısmında bulunan bir çıkıntı, sınır anahtarının makarasına çarptığında, sınır anahtarının durumunu değiştirir. Sınır anahtarında bulunan kapalı kontaklar açılır, açık kontaklar kapanır. Sınır anahtarındaki bu durum değişikliği de aygıtı durdurur veya aygıtın çalışmasını sağlar.

1.5.2 Pimli Sınır Anahtarı

Aygıtın genellikle aygıtın sabit kısmına bağlanırlar. Aygıtın hareketli kısmında bulunan bir çıkıntı sınır anahtarının pimine çarptığında, sınır anahtarının durum değiştirmesine neden olur. Sınır anahtarında bulunan kapalı kontaklar açılır, açık kontaklar kapanır. Kontakların durum değiştirmesi, aygıtı durdurur veya aygıtta yeni bir hareketi başlatır. Pimli sınır anahtarında pimin hareket kursunun uygun büyüklükte olması gerekir. Aksi takdirde aygıtın hareketli parçası, anahtarın kursu kadar olan mesafede duramaz.Hareketli parça sınır anahtarının parçalanmasına neden olur.

1.5.3 Manyetik  Sınır Anahtarı

Makaralı ve pimli sınır anahtarları mekanik bir hareketle çalışırlar. Yani mekanik bir hareket bu çeşit sınır anahtarlarının konumunu değiştirir. Manyetik sınır anahtarlarında ise bu durum farklıdır. Bu sınır anahtarı sabit mıknatıs ve kontak bloğu olmak üzere iki kısımdan oluşur. Kontak bloğu aygıtın sabit kısmına, sabit mıknatıs ise aygıtın hareketli kısmına bağlanır. Kontak bloğunda normalde açık ve normalde kapalı bir kontak vardır. Kontak parçalarından biri manyetik bir maddeden yapılır. Aygıt çalışırken zaman zaman kontak bloğu ile sabit mıknatıs karşı karşıya gelirler. Bu durumda sabit mıknatıs kontağın manyetik parçasını kendine doğru çeker. Kontağın açılmasına veya kapanmasına neden olur.

Manyetik anahtarlara Reed Kontak adı verilir. İçindeki hava alınmış şeffaf bit tüp içinde yerleştirilmiş demir – nikel alaşımlı kontaktan ibarettir. Akım geçişini kolaylaştırmak amacıyla cam tübün içine azot ve hidrojen karışımı gaz doldurulur.Kontakların mekanik titreşimlerden etkilenmemesi için reçineyle birlikte bir gövdeye yerleştirilmiştir. Temazsız algılama yaptıkları için yüksek hassasiyetli ve uzun ömürlüdür. Boyutları küçük ve anahtarlama hızları yüksektir (0.5 milisaniye).

1.5.4  Çalışma Şekillerine Göre Sınır Anahtarları

Ani Temaslı ve Kalıcı Tip olmak üzere iki kısıma ayrılırlar. Sınır anahtarının durum değiştirmesine neden olan hareket ortadan kalktığında, ani temaslı sınır anahtarı hemen normal konumuna döner (yay nedeniyle). Halbuki bir hareket nedeniyle kalıcı tip sınır anahtarı durum değiştirirse, anahtar yeni konumnda kalır. Otomatik olarak normal konumuna dönmez. Ters yöndeki başka bir hareket kalıcı tip sınır anahtarını normal konumuna döndürür.

1.6  RÖLELER

Ufak güçteki elektromanyetik anahtarlara röle adı verilir. Röleler elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur. Elektromıknatıs, demir nüve ve üzerine sarılmış bobinden meydana gelir. Röle bobinleri hem doğru ve hem de alternatif akımda çalışır. Bobin doğru akıma bağlanacak ise demir nüve bir parçadan yapılır.

Demir nüvenin ön yüzüne plastikten yapılmış bir pul konur. Bu pul, bobin akımı kesildikten sonra artık mıknatısıyet nedeniyle paletin demir nüveye yapışık kalmasını önler. Bobini alternatif akıma bağlanacak rölelerin demir nüveleri sac paketinden yapılır.

Demir nüvenin ön yüzünde açılan oyuğa bakırdan yapılmış bir halka geçirilir. Bu bakır halka konmazsa alternatif alan nedeniyle palet titreşim yapar. Kontaklar açılıp kapanır ve röle gürültülü çalışır.

Rölelerde bir veya daha fazla sayıda normalde açık ve normalde kapalı kontak bulunur. Kontakların açılıp kapanmalarını, rölenin paleti sağlar. Bobin enerjilendiğinde, palet çekilir. Normalde kapalı kontaklar açılır, normalde açık kontaklar kapanır. Rölenin paletine bağlanmış olan bir yay kontakların nornal konumda kalmalarını sağlar. Kontakların yapımlarında gümüş, tungsten, palladyum metalleri ve bunların alaşımları kullanılır.

 

1.7 KONTAKTÖRLER

Büyük güçteki elektromanyetik anahtarlara kontaktör adı verilir. Rölelerde olduğu gibi kontaktörler de elektromıknatıs, palet ve kontaklar olmak üzere üç kısımdan oluşur. Kontaktörler, bir ve üç fazlı motor, ısıtıcı, kaynak makinesi, trafo vb. alıcıların otomatik olarak kumanda edilmesinde kullanılır. Bu elemanların bobinlerinin gerilimleri DC ya da AC olarak 24 – 48 – 220 – 380 volt olabilmektedir.

1.7.1  Kontaktörlerin Yapısı

1.7.1.1 Bobinler (Elektromıknatıs)

Bobin ve demir nüveden üretilmiş elemandır. Bobinde gerilim uygulandığında geçen akım manyetik alan oluşturarak mıknatısiyet meydana getirir. Kontaktör bobinleri de doğru veya alternatif akımla çalışırlar. Her iki akımla çalışacak kontaktörlerin demir nüveleri genellikle E şeklinde yapılırlar. Eğer bobin doğru akımla çalışacaksa E şeklindeki demir nüve, yumuşak demirden ve tek bir parça olarak yapılır.

Demir nüvenin dış bacaklarına plastikten yapılmış iki pul konur. Bu pullar, bobin akımı kesildikten sonra kalan artık mıknatısıyet nedeniyle paletin demir nüveye yapışık kalmasını önlerler. Bobini alternatif akıma bağlanacak olan kontaktörlerin E şeklindeki demir nüveleri, silisli saçların paketlenmesiyle yapılır. Böylece manyetik devrenin demir kayıpları en küçük değere indirilmiş olur. Bir kontaktör bobini alternatif gerilime bağlanırsa bu bobin alternatif manyetik alan yaratır. Frekansı 50 olan bir şebekede bu manyetik alan saniyede 100 kere 0 olur, 100 kere de maksimum değere ulaşır.
Manyetik alan maksimum olduğunda palet çekilir, sıfır olduğunda da palet bırakılır. Bu nedenle palet titreşir, kontaklar açılır ve kapanır, kontaktör çok gürültülü olarak çalışır. Bu sakıncayı gidermek için demir nüvenin dış bacaklarının ön yüzlerinde açılan oyuklara kalın bakır halkalar takılır. Bakır halkalar kullanılmazsa bir titreme oluşur.

Bir transformatörün sekonder sargısı gibi çalışan bu bakır halkaların her birinde gerilim indüklenir. Halkalar kısa devre edilmiş olduklarından, indüksiyon gerilimi halkalardan akım dolaştırır ve halkalar ek bir manyetik alan yaratır. Bu manyetik alan esas manyetik alandan 90 derece geride olduğundan, demir nüvedeki toplam manyetik alan hiçbir zaman sıfır olmaz. Bu nedenle palet devamlı çekik kalır.

1.7.1.2  Palet

Kontaktör nüvesinin hareketli kısmına palet denir. Palet üzerine kontaklar monte edilmiştir. Kontaktörlerde kontakların açılıp kapanmaları palet ile sağlanır. Palet, yerçekimi kuvvetiyle veya bir yay aracılığı ile demir nüveden uzakta bulunur. Bobin enerjilendiğinde, palet demir nüve tarafından çekilir ve kontaklar durum değiştirir.

1.7.1.3  Kontaklar

Normalde açık ve normalde kapalı olmak üzere iki tip kontak vardır. Palet üzerine monte edilen hareketli kontakların bir kısmı kontaktör çalışmaz iken açık konumda, bir kısmı ise kapalı konumdadır. Kontaktör bobini enerjilendiğinde ise kontaklar durum değiştirir. Kontakların yapımında gümüşün; bakır, nikel, kadmiyum, demir, karbon, tungsten ve molibden’den yapılmış alaşımlar kullanılır. Bu alaşımlarda gümüşün sertliği artırılmış, sürtünme ve arktan dolayı meydana gelecek aşınmalar azaltılmıştır. Kontaktörde iki tip kontak mevcuttur. Bunlar :

  • Güç kontakları (Ana Kontaklar)
  • Kumanda kontakları (Yardımcı Kontaklar)

Güç kontakları yüksek akıma dayanıklı olup, motor vb. alıcıları çalıştırmak için kullanılır. Bu nedenle yapıları büyüktür. Kumanda kontakları ise, termik aşırı akım rölesi, zaman rölesi, ısı kontrol rölesi, mühürleme vb. gibi düzeneklerin çalıştırılmasında görev yapar. Bu nedenle yapıları küçüktür.

Kısaca; ana kontaklar yük akımını, yardımcı kontaklar kumanda devresinin akımını taşırlar. Kontaktörün içinde normalde açık ve normalde kapalı olmak üzere değişik sayıda kontak bulunur. Bobin enerjisiz iken bazı kontaklar açık konumda bekler. Bobin enerjilendiğinde açık kontaklar kapalı, kapalı kontaklar ise açık hale gelir. Kontaktörde kontakların konumunun değişimi Tablo 1.1’de gösterilmiştir.

 

1.8   AŞIRI AKIM RÖLELERİ

Aşırı akımların elektrik motorlarına vereceği zararları önlemek için kullanılan elemanlara, aşırı akım rölesi adı verilir. Elektrik devrelerinde kullanılan sigortalar da koruma görevi yaparlar. Çalışma karakteristikleri nedeniyle sigortalar elektrik motorlarını koruyamazlar.Yalnız hatları korurlar.

Aşırı akım röleleri motorlara seri olarak bağlanırlar.Yani bir aşırı akım rölesinden, motorun şebekeden çektiği akım geçer. Çalışma anında motor akımı kısa bir süre için normal değerinin üzerine çıkarsa, bu aşırı akım motora zarar vermez. Aşırı akımın motordan sürekli olarak geçmesi, motor için sakınca yaratır. Çünkü uzun süre geçen aşırı akım, motorun sıcaklık derecesini yükseltir ve motoru yakar. Bu nedenle kısa süreli aşırı akımlarda aşırı akım rölesinin çalışıp motoru devreden çıkarmaması gerekir. Motorun yol alma anında kısa süre çektiği aşırı akım, bu duruma örnek olarak gösterilebilir. Böyle geçici durumlarda rölenin çalışması, geciktirici bir elemanla önlenir.

Herhangi bir nedenle motor fazla akım çektiğinde, aynı akım aşırı akım rölesinden de geçeceğinden, aşırı akım rölesinin kontağı açılır. Açılan kontak, motor kontaktörünün enerjisini keser. Böylece motor devreden çıkar ve yanmaktan korunmuş olur. Üzerinden geçen fazla akım nedeniyle atan bir aşırı akım rölesi, röle üzerinde bulunan butona elle basarak kurulur. Yalnız aşırı akım rölesini kurmadan önce rölenin atmasına neden olan arızayı gidermek gerekir. Bütün iş tezgahlarında kullanılan aşırı akım röleleri elle kurulurlar. Bazı ev tipi aygıtlarda örneğin buz dolaplarında kullanılan aşırı akım röleleri, devrenin açılmasınadan bir süre sonra otomatik olarak normal konumuna dönerler. Yani bu aşırı akım röleleri kendi kendilerine kurulurlar. Bazı aşırı akım röleleri de üzerlerinde bulunan bir vida aracılığı ile hem otomatik ve hem de elle kurma konumuna dönüştürülebilirler.

Bir fazlı alternatif akım veya doğru akım motor devrelerinde, aşırı akım rölesi yalnız bir iletken üzerine konur. Üç fazlı motor devrelerinde genellikle her faz için bir aşırı akım rölesi kullanılır. Bazen de yalnız iki fazın üzerine bir aşırı akım rölesi konur. Güç devresinde kullanılan aşırı akım röleleri daha çok bir kontağı kumanda ederler. Bazen de her aşırı akım rölesinin ayrı bir kontağı olur. Aşırı akım röleleri manyetik ve termik olmak üzere iki kısıma ayrılırlar.

1.8.1  Manyetik Aşırı Akım Rölesi

Motor akımının manyetik etkisiyle çalışan aşırı akım rölelerine, manyetik aşırı akım rölesi adı verilir. Bir manyetik aşırı akım rölesi elektromıknatıs, kontak ve geciktirici eleman olmak üzere üç kısımdan oluşur. Elektromıknatısın bobini güç devresinde motora seri olarak bağlanır. Yani bobinden motorun akımı geçer.

Aşırı akım rölesinin normalde kapalı kontağı kumanda devresinin girişine konur. Bu kontak açıldığında, kumanda devresinin akımı kesilir ve motor durur. Kısa süreli aşırı akımlarda, örneğin motorun yol alma anında çektiği akımda,rölenin çalışıp kontağı açması, yağ dolu silindir içinde hareket eden bir pistonla önlenir.

Aşırı akım rölesinin bobininden normal değerinin üzerinde bir akım geçtiğinde, bobin demir nüveyi yukarıya doğru çeker. Silindir içnde bulunan piston nedeniyle, demir nüvenin hareketi yavaş olur. Bu nedenle aşırı akım rölesinin kontağı hemen açılamaz. Eğer bobinden geçen aşırı akım normal değerine düşmezse, bir süre sonra kontak açılır. Yani yağ dolu silindir içinde hareket eden pistondan oluşan geciktirici eleman, kısa süreli aşırı akımlarda, aşırı akım rölesinin çalışmasını engeller.

Manyetik aşırı akım rölelerinde akım ayarı, demir nüvenin bobine göre olan durumunu değiştirmekle yapılır. Örneğin bobin sabit tutulup demir nüve aşağıya kaydırılırsa, aşırı akım rölesinin devreyi açma akımı büyümüş olur. Devrelerde Şekil 1.37’deki gibi gösterilirler.

1.8.1.1  Manyetik Aşırı Akım Rölelerinin Motor Devrelerinde Kullanılması

Manyetik aşırı akım röleleri üç fazlı motor devrelerine genellikle şekildeki gibi bağlanırlar. Bu bağlantıda üç faz üzerine konan üç manyetik aşırı akım rölesi, bir kapalı kontağı kumanda eder.

Çalışma devam ederken, motor herhangi bir nedenle uzun süre aşırı akım çekerse, manyetik aşırı akım rölesinin kapalı kontağı açılır. Çalışan kontaktör ve motor devreden çıkar.Böylece motor yanmaktan korunmuş olur.

1.8.2  Termik Aşırı Akım Rölesi

Motor akımının yarattığı ısının etkisiyle çalışan aşırı akım rölelerine, termik aşırı akım rölesi edı verilir. Termik aşırı akım rölelerinin endirekt ısıtmalı, direk ısıtmalı ve ergiyici alaşımlı olmak üzere üç çeşidi vardır. Termik aşırı akım röleleri devrelerde, Şekil 1.39’daki gibi gösterilirler.

1.8.2.1  Endirekt Isıtmalı Termik Aşırı Akım Rölesi

Şekil 1.40’ta endirekt ısıtmalı termik aşırı akım rölesi görülmektedir. Endirekt ısıtmalı termik aşırı akım rölesi ısıtıcı, bimetal ve kontak olmak üzere üç kısımdan oluşur. Isıtıcı motora seri olarak bağlanır. Yani ısıtıcıdan motor akım geçer.Motora zarar verecek değerde bir akım sürekli olarak ısıtıcıdan geçerse, meydana gelen ısı bimetali sağa doğru büker. Bimetal kapalı olan kontağı açar. Açılan kontak kontaktörü ve dolayısıyla motoru devreden çıkarır. Böylece motor yanmaktan korunmuş olur.

Motor akımı kısa bir süre için normal değerinin üzerine çıkarsa, ısıtıcıdan geçen bu akım bimetali ısıtacak fırsatı bulamaz. Bu nedenle bimetal bükülmez ve kontak açılmaz. Motor için sakınca yaratmayan bu gibi durumlarda, ısının bimetale iletilmesindeki gecikme, aşırı akım rölesinin çalışmasını engeller.

1.8.2.2  Direkt Isıtmalı Termik Aşırı Akım Rölesi

Endirekt ısıtmalı termik aşırı akım rölelerinin akım değerleri büyüdükçe, ısıtıcı telin ve bimetalin ölçüleri de büyür. Büyük akımlar için yapılacak endirekt ısıtmalı termik aşırı akım röleleri kullanışlı ve ekonomik olmaz. Bu nedenle akım şiddeti büyük olan termik aşırı akım röleleri direkt ısıtmalı olarak yapılırlar.

Direkt ısıtmalı termik aşırı akım rölelerin de ısıtıcı eleman bulunmaz. Motor akımı bimetal üzerinden geçer. Bimetalin bükülmesine ve kontağın açılmasına neden olan ısı, bimetalin içinde doğar. Çok büyük akımlar için yapılacak direkt ısıtmalı termik aşırı akım röleleri de aynı nedenlerle kullanışlı ve ekonomik olmaz. Termik aşırı akım rölesi bu durumda bir akım trafosuyla veya şönt dirençle beraber kullanılır.

Gerek akım trafosu ve gerekse şönt direnç termik aşırı akım rölesinin çalışma akımını yani kapasitesini büyütür. Direkt ve endirekt ısıtmalı termik aşırı akım röleleri çeşitli akım şiddetleti için yapılırlar. Her termik aşırı akım rölesi iki akım değeri arasında çalışır. Aşırı akım rölesi, üzerinde bulunan bir ayar vidasıyla arzulanan motor akımına ayarlanır.

1.8.2.3  Ergiyici Alaşımlı Termik Aşırı Akım Rölesi

Ergiyici alaşımlı termik aşırı akım rölesi, ısıtıcı, küçük bir tüp ve kontak bloğundan oluşur. Isıtıcı elemanın sardığı tübün içinde, serbestçe dönebilen başka bir tüp daha vardır. İki tübün arasında düşük sıcaklıkta ergiyen bir alaşım bulunur. Ergiyici alaşım normal durumda iki tübü birbirine bağlar. Termik aşırı akım rölesinin ısıtıcısı motor devresine, normalde kapalı kontağı kumanda devresine seri olarak bağlanır. Herhangi bir nedenle motor aşırı akım çekerse, ısıtıcıdan geçen bu akım tüpteki alaşımı ergitir. Yay nedeniyle içteki tüp ve dişli döner.Normalde kapalı kontak açılır. Açılan kontak, kontaktörü ve motoru devreden çıkartır. Motor durunca ısıtıcıdan akım geçmez. Tüpleri birleştiren alaşım kısa bir süre içinde donar. Ergiyici alaşımlı termik aşırı akım röleleri çeşitli akım değerlerinde yapılırlar. Bu aşırı akım rölelerinde akım ayarı yapılmaz.

1.8.2.4  Termik Aşırı Akım Rölelerinin Motor Devrelerinde Kullanımı

Termik aşırı akım röleleri üç fazlı motor devrelerinde genellikle bağlanırlar. Bu bağlantıda her faz üzerine bir termik aşırı akım rölesi konur. Üç termik aşırı akım rölesi bir kapalı kontağı kumanda eder. Motor çalışırken herhangi bir nedenle uzun süre akım çekerse, termik aşırı akım rölesinin kapalı kontağı açılır. Çalışan kontaktör ve motor devreden çıkar. Böylece motor yanmaktan korunmuş olur.

 

 

YOL VERME YÖNTEMLERİ

4.1   GENEL BİLGİLER

3 fazlı asenkron motorlar ilk kalkış anında nominal akımlarının 6-7 katı fazla akım çekerler. Aşırı yol alma akımı şebekede, devrede ve motorda birçok sakınca yaratır. Çok fazla derecedeki bu elektriksel yüklenme enerjiyi satan kesim tarafından istenmeyen bir durumdur. Yol alma akımının güvenli sınırlar içinde kalması, motora düşük gerilimle yol vermeyle sağlanır. Bu şekilde yumuşak bir kalkışı sağlamak amacıyla yol verme işlemleri uygulanır. Türkiye’de 4-5 kW’tan sonraki güçlerde bulunan motorlara yol vermek zorunludur. Düşük gerilimle başlatma, yalnız boşta çalışan motorlara uygulanır.
Yüklü çalışan bir motora düşük gerilim uygulanırsa, belirli bir yükü veya gücü karşılamak zorunluluğunda olan motor, şebekeden normalin üzerinde akım çeker. Düşük gerilimle başlatmanın amacı, yol almada motorun az akım çekmesini sağlamak olduğundan, yüklü çalışan motorlara düşük gerilimle yol verilmez. Düşük gerilimle başlatmanın üç ayrı şekli vardır. Bu yol verme yöntemleri şunlardır;

  • Direnç veya reaktörle yol verme (bir aracı eleman gerektirir)
  • Oto transformatörüyle yol verme (bir aracı eleman gerektirir)
  • Yıldız-üçgen şalterle yol verme (aracı elemana gerek yoktur)
  • Rotoru sargılı 3 fazlı asenkron motora yol verme
  • Yardımcı sargılı 1 fazlı asenkron motora yol verme
  • Şönt motorlara yol verme

Bilezikli asenkron motorlara, senkron motorlara ve yardımcı sargılı asenkron motorlara yol verme, düşük gerilimle başlatma ilkesine dayanmaz.

4.2   DİRENÇ VEYA REAKTANSLA YOL VERME

Motorları düşük gerilimle başlatmada en çok kullanılan yöntem, dirençle veya reaktansla yol vermedir.

Dirençle veya reaktansla yol verme birbirine çok benzer ve temel ilke, şebeke geriliminin bir kısmını yol verme direncinde veya reaktöründe düşürmek ve geriye kalanını motora uygulamaktır. Direnç ve reaktansla yol vermede güç devresi aynıdır. Şekil 4.1’de güç devresi görülmektedir. Aşağıdaki kısımlarda ise doğru veya alternatif akım motorlarına dirençle veya reaktansla yol vermeye ait çeşitli örnekler incelenecektir:

4.2.1  Dirençle Yol Verme

Statora seri olarak eşdeğer dirençler bağlayarak yapılan yol verme işlemidir. Başlatma butonuna basıldığında stator ve dirençler birbirine seri bağlı olarak kalkınmaya başlar. Belli bir süre sonra (nominal değerinin %60-65’i) dirençler devreden çıkar ve çalışmaya devam edilir. Yol verme uygulanan motorun milinde yük olmamalıdır. Dirençlerin devreden çıkarılmasında zaman röleleri etkin rol oynar.

4.2.1.1  Yol Verme Direncinin Formülleri

Kalkış esnasında önem kazanan yol verme direncinin değerini bulmak için belli matematiksel hesaplamalar vardır. Bu direncin hesabı şu şekilde gerçekleştirilir.

Şekil 4.2 Direnç üzerine düşen gerilimler

Um, motorun bir faz sargı uçlarında kalkış anındaki gerilimdir. Urm, motorun iç direnci Rm üzerindeki gerilimdir. Uxm, motorun bobini Xm üzerindeki gerilimdir. Iy ise yol alma akımı (bizim tarafımızdan belirlenir).

Ry = Ury / Iy
Um = Uf . ka
ka = Iry / Idy
Urm = Um . Cos(x)
Uxm = Um . Sin(x)
Uf2 = (Ury + Urm)2 + Uxm2
Ury = (Uf2 – Uxm2)0.5 – Urm

ka, yol alma akımını düşürme katsayısıdır. Iry, dirençle yol almadaki akımdır. Idy ise direkt yol almadaki akımdır.

4.2.1.2  Örnek Yol Verme Direnci Hesabı

Etiketinde 380V, 20A yazılı 3 fazlı bir asenkron motor doğrudan yol aldığında nominal akımının 5 katı akım çekmektedir. Bu akım değerini nominal akımın 3 katına düşürecek yol verme direncinin değerini bulunuz. Cos(x)=0,2 ve Sin(x)=0,97 olarak alınacaktır.

Şekil 4.3 Üçgen bağlantılı devre

Idy = 5 In   ve   Iry = 3 In
Ry = Ury / Iry   ise burada, Iy = 3 In = 3×20 = 60A  yaklaşımı doğru değildir.

If = 20 / 30.5
Iy = 20×3 / 30.5= 20 30.5 = 34,6A olmalıdır.

Uf = 380V
ka = 3 Iy / 5 Iy = 3 / 5

Um = Uf . ka = (3 / 5) . 380 = 228V
Urm = Um . Cos(x) = 228 x 0,2 = 45,6V
Uxm = 228 x 0,97 = 221,16V
Ury = (Uf2 – Uxm2)0.5 – Urm = 263,4V
Ry = 263,4 / 34,6 = 7,6 ohm

4.2.1.3  Örnek Tek Kademeli Yol Verme Devresi

Şekil 4.4’te tek kademeli dirençle yol verme işlemini gerçekleştiren devre görülmektedir. Burada M kontaktörü, yukarıdaki güç devresinde de görüldüğü gibi dirençli yol vermeyi, A ise tam kalkınmış halde direncin devreden çıktığı hali temsil etmektedir.

 

Şekil 4.4 Dirençle tek kademeli yol vermenin güç ve kumanda devresi

Başlatma butonuna basıldığında devre enerjilenecek ve enerji geldikten sonra mühürlemeyi sağlayan M kontağı kapanarak devrenin bu yol üzerinden enerji geçirmesini sağlayacaktır. Eneri, normalde kapalı, gecikmeli açılan zaman rölesi üzerinden devresini tamamlar. Bu esnada alt kısımdaki zaman rölesi de enerjilendiğinden belirli bir süre saymaya başlayacaktır. 5 sn süreyle saydığı varsayılırsa enerjilenmeden 5 sn sonra M kontaktörüne ait kontağı açılıp dirençleri devreden çıkarırken, zaman rölesinin gecikmeli kapanan kontağı da kapanarak A üzerinden motorun tam kalkınmış halde çalışması sağlanır. Devre, durdurma butonuna basılana kadar çalışacaktır.

4.2.1.4  Örnek Çift Kademeli Yol Verme Devresi

Şekil 4.5’te üç fazlı asenkron motora iki kademe dirençle yol vermeye ait bağlantı şeması verilmiştir. Bu bağlantıda Başlatma butonuna basıldığında, (M) kontaktörü enerjilenir. (M) kontağı kapanır ve Başlatma butonu mühürlenir.

Güç devresinde (M) kontakları kapanınca, motor iki kademe direnç üzerinden şebekeye bağlanır. Dirençlerdeki gerilim düşümü nedeniyle, motor düşük gerilimle yol almaya başlar.

 

Şekil 4.5 Dirençle çift kademeli yol vermenin güç ve kumanda devresi

Başlatma butonuna basıldığında, (M) kontaktörüyle birlikte (ZR1) zaman rölesi de enerjilenir.Bu röle bir süre sonra (ZR1-GK) kontağını kapatır ve (A) kontaktörünü enerjilendirir. Güç devresinde (A) kontakları kapanınca, dirençlerin birinci kademesi devreden çıkar. Motor uçlarındaki gerilim artar.

Motor yol almaya devam eder. Kumanda devresinde kapanan (A) kontağı (ZR2) zaman rölesini enerjilendirir. Bu röle bir süre sonra (ZR2-GK) kontağını kapatır ve (B) kontaktörünü enerjilendirir.

Güç devresinde (B) kontakları kapanır. Böylece dirençlerin ikinci kademesi de devreden çıkar. (B) kontaktörü enerjilenince, normalde kapalı (B) kontağı açılır. (ZR1) zaman rölesi dolayısıyla (A) kontaktörü ve (ZR2) zaman rölesi devreden çıkar. (ZR2) kontağı açıldığı halde, (B) kontaktörü kendi kontağı üzerinden gelen akımla çalışmaya devem eder.

Şekildeki devrede görevini tamamlayan (A) kontaktörü devreden çıkartıldığından, (B) kontaktörü yol verme dirençlerinin hepsini kısa devre eder.

Yol verme dirençleri devreden çıkınca, motor normal şebeke gerilimine bağlanır. Motorun normal gerilimde çalışması, durdurma butonuna basılıncaya kadar devam eder.

4.2.2  Reaktansla Yol Verme

Dirençle yol verme yönteminin hemen hemen aynısıdır. Sadece direnç yerine burada reaktans kullanılır. Reaktans, bir nüve üzerine sarılmış sargısı olan, manyetik alanlı dirençlerdir. Devresinin çalışma mantığı aynı dirençle yol vermede olduğu gibi belirli süre reaktans üzerinden motorun aşırı akım çekmesi engellenir ve daha sonra reaktanslar devreden çıkarılır.

Şekil 4.6 Reaktans üzerine düşen gerilimler

Xy = Uxy / Iy
Uxy = (Uf2 – Urm2)0.5 – Uxm
Um = Uf . ka
Urm = Um . Cos(x)
Uxm = Um . Sin(x)

Bu yol verme yöntemi büyük güçlü ve yüksek gerilimli motorlarda tercih edilir. Standart reaktans değerleri %50, %65 ve %80 gerilimler uygulanacak şekilde imal edilirler. Büyük güçlerle çalışan motorlarda kaybı önlemek için tercih edilirler. Burada yol verme esnasında kullanılacak reaktans değerinin ölçümü şu şekilde gerçekleştirilir;

4.2.2.1  Reaktans Değeri Hesaplaması

Yukarıdaki örnekte yer alan motora reaktansla yol verme durumunda gerekli reaktans değerini hesaplayalım;

Iy = 34,6A  Uf = 380V  Urm = 45,6V  Uxm = 221,16V
Uxy = (Uf2 – Urm2)0.5 – Uxm = 156,09V
Xy = 156,09 / 34,6 = 4,5 ohm

4.3   OTO TRAFOSUYLA YOL VERME

Motorların düşük gerilimle başlatılmasında gerekli olan düşük gerilim, bir oto transformatöründen de sağlanabilir. Kumanda devrelerinde bir, iki veya daha çok kademeli oto transformatörleri kullanılır.
Oto transformatörlerinin sargıları düşük gerilimin alınması için kullanıldığı gibi, yol vermede reaktör gibi de kullanılabilirler. Oto transformatörüyle yapılan yol verme devreleri daha pahalıya mal olduğu halde, daha randımanlı çalışırlar. Oto trafoları primer ve sekonderi aynı sargı olan (tek sargılı) transformatörlerdir. Şekil 4.7’de güç devresinin nasıl olduğu görülmektedir.

Şekil 4.7 Güç devresi

Burada dikkat edilmesi gereken husus “Yalıtım” trafosuyla, “Yalıtımlı” trafonun farklı şeyler olmasıdır. Yalıtım trafosunda primerin sekondere oranı olan a katsayısı 1’dir. Yalıtımlı trafo ise primer-sekonder arasında fiziksel bağlantı olmayan trafo demektir.

Temel prensip motor sargısına uygulanan gerilimin azaltılması yoluyla motorun çektiği yol alma akımının azaltılmasıdır.

Şekil 4.8 Oto trafosunun devrede gösterimi

Ih : Hattan çekilen akım
Im : Motorun çektiği akım
Zm : Motorun sargısı
Itip : Tip gücü akımı
Im = Ih + Itip
a = U1 / U2 = Im / Ih

Motor sargısına doğrudan U1 şebeke gerilimi uygulanırsa motor şebekeden, nominal akımın kd katı kadar (Im=In.kd) akım çekecektir. Motor sargısına U2 gerilimi uygulanınca motorun çekeceği akım, gerilimdeki azalma oranında olacaktır ve Im = (U2 / U1).In.kd (Denklem 4.12) şeklinde bir hesaplamayla bulunur.
Hattan çekilen akım Ih = Im / a = (1 / a) . (U2 / U1) . In . kd  eşitliğinden de şu sonuca varılır;

Ih = ( 1 / a2 ). In .kd = Ih = (U2 / U1)2. In . kd

4.3.1  Örnekler

4.3.1.1  Oto Trafosuyla Çok Kademeli Yol Verme Devresi

Nominal akımı 10A olan bir asenkron motor, şebekeye doğrudan bağlandığında 50A akım çekmektedir. Bu motora %50 ve %65 kademelerindeki oto trafosuyla yol verildiğinde şebekeden çekilecek akımı ve motor akımını bulalım.

Im = In . kd  50 = 10 . kd   kd = 5

%50 için;
Im = (U2 / U1) . In . kd = (50 / 100) . 10. 5 = 25A
Ih = (U2 / U1)2 . In . kd = 12,5A
Itip = Im – Ih = 25 – 12,5 = 12,5A

%65 için;
Im = 0,65 . 10 . 5 = 32,5A
Ih = (U2 / U1)2 . In . kd = 21,125A
Itip = 32,5 – 21,125 = 11,375A

 

Şekil 4.9 Oto trafosuyla çok kademeli yol veren güç ve kumanda devresi

Şekil 4.9’da soruda istenen çalışmayı gerçekleştiren devre görülmektedir. Başlatma butonuna basıldığında A kontaktörü enerjilenir ve A kontağı mühürleme yapar. Böylece reaktans üzerinden enerji geçişi başlar. ZR1’in gecikmeli açılan kontağı üzerinden B de enerjilendiği için en fazla %50 kapasiteye ulaşılmasına izin vardır. Bu esnada ZR1 zaman rölesi aktif hale gelir ve saymaya başlar.
Belirli bir süre sonra (örneğin 3sn olsun) ZR1’in gecikmeli açılan kontağı açılarak B kontaktörünün enerjisi kesilir, aynı anda ZR1’in gecikmeli kapanan kontağı da kapanarak C’ye ve ZR2’ye enerji gitmesi sağlanır. Böylece %65 kapasiteye ulaşmaya imkan tanınır.

ZR2 rölesi saymayı bitirdiğinde (o da 3sn olsun) ZR2 kontağı kapanarak D kontaktörünü enerjiler ve devrenin en üstündeki D kontağı açılarak A,B ve C üzerine enerji gidişi kesilir. Alt kesimdeki D kontağı kapanır ve devre durdurma butonuyla durdurulana kadar bu kontak üzerinden geçerek çalışmayı tam kapasiteyle sürdürür. Görüldüğü gibi aşama aşama oto trafosu devreden çıkarılır ve tam kapasite çalışmaya doğru geçiş yapılır.

4.3.1.2  Oto Trafosuyla Tek Kademeli Yol Verme Devresi

Şekil 4.10’da üç fazlı bir asenkron motora bir kademeli oto tranformatörüyle yol vermede kullanılan bir bağlantı şeması verilmiştir. Böyle bir oto tranformatörüyle motora yol verirken, güç devresinde ilk önce (S) kontakları kapanır. Kapanan (S) kontakları üç fazlı oto transformatörünü yıldız olarak şebekeye bağlar. Transformatörün %65 lik gerilimli orta uçlarına bağlı olan motor, düşük gerilimle yol almaya başlar. Bir süre sonra (S) kontakları açılır ve oto tranformatörü şebekeden ayrılır. Sonra (M) kontakları kapanır. Motor normal şebeke gerilimine bağlanır. Bu devrede ilk önce (S) kontaklarının açılması, sonra (M) kontaklarının kapanması gerekir. Aksi halde oto transformatörünün üst yarı sargıları kısa devre olur.Bu sargılardan geçen yüksek değerli akımlar, transformatörün yanmasına neden olur.

 

Şekil 4.10 Oto trafosuyla tek kademeli yol veren güç ve kumanda devresi

Şekilde verilen devrede başlatma butonuna basıldığında, (ZR) zaman rölesi enerjilenir. Ani çalışan (ZR) kontağı başlatma butonunu mühürler ve sürekli çalışmayı sağlar. (ZR) zaman rölesiyle birlikte (S) kontaktörü de enerjilenir. Güç devresinde (S) kontakları kapanır ve motor düşük gerilimle yol almaya başlar. Bir süre sonra (ZR) zaman rölesinin kapalı kontağı açılır ve açık kontağı kapanır. Böylece (S) kontaktörü devreden çıkar, (M) kontaktörü enerjilenir. Güç devresinde (S) kontakları açılır. Oto transformatörü devreden ayrılır. (M) kontakları kapanır ve motor normal şebeke gerilimine bağlanır.Motorunu normal gerilimde çalışması durdurma butonuna basılıncaya kadar devam eder. (S) ve (M) kontaktörlerinin aynı anda beraberce çalışmaları, bu iki kontaktör arasında yapılan elektriksel kilitleme ile önlenir.

4.4   YILDIZ-ÜÇGEN ŞALTERLE YOL VERME

Bir şebekede üçgen bağlı olarak çalışacak üç fazlı bir asenkron motor, yol vermede yıldız bağlanırsa, faz bobinleri 1,73 kat daha az bire gerilimle çalışır. Motorun yol alma akımı yaklaşık olarak üç kat azalır. Yıldız bağlı olan motor düşük gerilimle yol almaya başlar. Yol almanın uygun bir anında, ilk önce motorun faz sargıları arasındaki yıldız bağlantı açılır. Sonra motor faz sargıları üçgen olarak bağlanır. Böylece motor normal geriliminde çalışmaya devam eder.

Bu yol verme yönteminde diğer yol verme yöntemlerinde olduğu gibi aracı bir eleman (direnç veya reaktans gibi) kullanılmaz. Sadece motorun bağlantı şekli değiştirilerek gerçekleştirilebilir.
Amaç, motorun sargılarına uygulanan gerilimi azaltmak suretiyle motorun çektiği kalkış akımını azaltmaktır. Motor başlangıçta yıldız bağlanır, yol altıkdan sonra (devir sayısı %60-%65’e ulaştığında) üçgen bağlantıya geçilir. Pratik ve en ucuz bir yol verme yöntemidir. Ancak bu yöntemin uygulanabilmesi için motorun bağlanacağı kaynağa yıldız çalışabilmesi şarttır. Diğer bir ifade ile bu yöntemin uygulanacağı motorun üçgen geriliminin, bağlanacağı şebekenin fazlar arası gerilimine eşit olması gerekmektedir.

Güç açısından ise 4,5 – 5kW’dan daha büyük motorlara uygulanmalıdır. Bu yol verme yöntemini gerçekleştirmek için özel olarak bu iş için hazırlanmış pako şalterler bulunmaktadır.

Şekilde üç fazlı bir asenkron motora otomatik yıldız üçgen şalterle yol vermede kullanılan bir bağlantı şeması verilmiştir. Bu devrede başlatma butonuna basıldığında, (M) ve (A) kontaktörleri enerjilenir. Güç devresinde (M) ve (A) kontakları kapanır. Kapanan (A) kontakları (X), (Y), (Z) sargı uçlarını kısa devre ederler. (U), (V), (W) sargı uçları da kapanan (M) kontaklarının üzerinden (R), (S), (T) fazlarına bağlanırlar. Böylece motor yıldız bağlı olarak düşük gerilimle yol almaya başlar. Kumanda devresinde kapanan (M) kontağı başlatma butonunu mühürler ve sürekli çalışma sağlar. (M) ve (A) kontaktörleriyle birlikte (ZR) zaman rölesi de enerjilenir. Bir süre sonra (ZR) kontaklarının durumu değişir. (ZR-GA) kontağı açılır ve (A) kontaktörü devreden çıkar. (ZR-GK) kontağı kapanarak (B) kontaktörünü enerjilendirir. Güç devresinde (X), (Y), (Z) sargı uçlarını kısa devre eden (A) kontaktörünün iki kontağı açılır. Kapanan (B) kontakları (U) sargı ucunu (Z) sargı ucuna, (V) sargı ucunu (X) sargı ucuna, (W) sargı ucunu (Y) sargı ucuna bağlar. (M) kontakları sürekli olarak kapalı kaldıklarından, (B) kontakları kapanınca faz sargıları normal şebeke gerilimine bağlanır. Böylece motor üçgen bağlı olarak normal çalışmaya başlar.

 

Şekil 4.11 Yıldız-Üçgen şalter bağlantısı ve kumanda devresi

Kumanda devresinde (B) kontaktörü enerjilenince, normalde kapalı (B) kontağı açılır. Çalışan (ZR) zaman rölesi devreden çıkar ve (ZR-GK) kontağı açılır. (B) kontaktörünün sürekli çalışması, kapanan (B) mühürleme kontağıyla sağlanır. Normalde kapalı (B) ve (A) kontakları, elektriksel kilitleme yaparlar. Bu kontaklar (A) ve (B) kontaktörlerinin beraber çalışmalarına ve bir kısa devrenin doğmasına engel olurlar. Durdurma butonuna basıldığında, çalışan (M) ve (B) kontaktörleri devreden çıkar ve motor durur.

4.4.1  Yıldız-Üçgen Yol Vermede Akım, Güç ve Moment

Motor yıldız çalıştırılırken faz (motor) sargılarına uygulanan gerilim az olmakta, motorun çektiği akım da azalmaktadır.

Pratik olarak güç, moment ve akımdaki azazlma miktarı 30.5 kadardır. Çünkü yıldız çalışmada sargıdan geçen akım, üçgen çalışma akımından kat daha küçüktür.
Ancak teorik hesaplamalarda akım, güç ve momentteki azalmanın daha fazla olduğu görülmektedir.

Şekil 4.12 Akımların oranı

Görüldüğü gibi üçgen çalışabilecek motor, yıldız çalıştırıldığında, çekeceği akım 1/3 oranında azalmaktadır. Dolayısıyla güç ve moment de 1/3 oranında azalacaktır. Bu nedenle yıldız-üçgen yol vermede motorun yıldızda bırakılmaması gerekmektedir.

4.5   ROTORU SARGILI 3 FAZLI ASENKRON MOTORA YOL VERME

Rotoru sargılı asenkron motor, Şekil 4.13’te görüldüğü gibi rotorunda da 3 fazlı sargılar olan ve bu sargıların uçları bilezik ve fırçalar yardımıyla dışarı alınmış motorlardır. Rotora yol verme kısmı olmazsa trafo mantığıyla çalışır ve uçlardan sargı miktarına göre gerilim alınır.

Bu tip asenkron motorların yol verme işleminde rotora bağlanan yol verme dirençleri kullanılır. Rotora direnç eklemek suretiyle ilk kalkış anındaki akım azaltılmakta, buna karşılık kalkış momenti (kuvveti) arttırılmış olmaktadır.

Piyasada çok fazla kullanılmazlar, çünkü maliyeti çok yüksektir. Yük altında da çalıştırılabilirler.

Şekil 4.13 Güç devresi

Şekil 4.14 Üç fazlı asenkron motora yol veren kumanda devresi

4.6   YARDIMCI SARGILI 1 FAZLI ASENKRON MOTORA YOL VERME

Asenkron motorlarda dönme hareketini, döner manyetik alan sağlar. Döner manyetik alanı da stator sargıları yaratır. Döner alan yalnız iki ve üç fazlı sistemlerde meydana gelir. Bir faza bağlı bir sargı ile, motorda döner alan yaratılamaz. Yalnız böyle bir motora yol verilirse, motordaki bir sargı dönüşü devam ettirir. Bu sargıya ana sargı adı verilir.

Bir fazlı asenkron motorlarda ilk hareketi sağlamak için, ana sargıya göre 90 derecelik açıyla yerleştirilmiş ikinci bir sargı daha kullanılır. Motordaki ikinci sargıya yardımcı sargı denir. Bu sargı, asenkron motorun iki fazlı bir motor gibi çalışmasını sağlar. Yardımcı sargıya seri olarak bir kondansatör bağlanır. Kondansatör, ana ve yardımcı sargı akımları arasında 90 dereceye yakın bir faz farkı yaratır. Bir fazlı asenkron motorların bazılarında, yardımcı sargı devamlı olarak devreye bağlı kalır. Bazılarında ise devrin %75 inde elle veya otomatik çalışan bir elemanla devreden çıkartılır.

Şekilde bir fazlı yardımcı sargılı asenkron motora yol vermede kullanılan bir bağlantı şeması verilmiştir. Bu devrede başlatma butonuna basıldığında, (ZR) zaman rölesi ile (M) ve (A) kontaktörleri enerjilenir. Kapanan (M) kontağı, başlatma butonunu mühürler ve sürekli çalışmayı sağlar. Güç devresinde (M) ve (A) kontakları kapanır. Ana ve yardımcı sargı şebekeye bağlanır. Böylece asenkron motor yol almaya başalr. Devir sayısı normal değerine yaklaşırken, (ZR) zaman rölesi (ZR-GA) kontağı açar. (A) kontaktörü ve dolayısıyla yardımcı sargı devreden çıkar. Durdurma butonuna basılıncaya kadar motor ana sargıyla dönmeye devam eder.

 

Şekil 4.15 Bir fazlı asenkron motora yol veren güç ve kumanda devresi

4.7   ŞÖNT MOTORLARA YOL VERME

4.7.1  Bir Kademeli Yol Verme

Şekil 4.16’da bir şönt motora bir kadem dirençle yol vermeye ait bağlantı şeması verilmiştir. Bu devrede motorun maksimum momentle yol almasını sağlamak için, şönt sargı devamlı olarak şebekeye bağlı tutulur. Bu devrenin en büyük özelliği, bağlantıda zaman rölesinin kullanılmamış olmasıdır. Zaman rölesinin görevini bu bağlantıda (A) kontaktörü yapar.

Şekil 4.16’daki devrede başlatma butonuna basıldığüında, (M) kontaktörü enerjilenir. (M) mühürleme kontağı kapanır ve sürekli çalışma sağlanır. Güç devresinde (M) kontağı kapanınca, endüvi yol verme direnci üzerinden şebekeye bağlanır. Yol verme direncindeki gerilim düşümü nedeniyle, motor düşük gerilimle yol almaya başlar. Devir sayısı yükseldikçe, endüvüdeki zıt E.M.K da artar. Yol vermenin uygun bir anında, endüvüdeki zıt E.M.K nedeniyle (A) kontaktörü çalışır. (A) kontağı kapanır ve (RY) yol verme direnci kısa devre olur. Endüvi normal şebeke gerilimine bağlanır. Durdurma butonuna basılıncaya kadar, motor normal şebeke geriliminde çalışır.

Şekil 4.16 Kumanda devresi

Şekilde görülen yol verme devresi, önceki incelenen yol verme devrelerinden oldukça farklı çalışır. Örneğin dirençle yol verme devresinde, yol verme dirençleri belirli zaman aralıklarıyla devreden çıkartılırlar. Dirençlerin devreden çıkma zamanını, zaman röleleri belirler. Şekildeki devrede yol verme direncinin devreden çıkması, motorun devir sayısına bağlıdır. Şebeke geriliminin düşmesi ve motor milindeki yükün artması nedeniyle motorun yol alması gecikirse, yol verme direncinin devreden çıkması da gecikir. Böylece motora daha düzgün bir şekilde yol verilmesi sağlanmış olur.

4.7.2  Üç Kademeli Yol Verme

Şekilde bir şönt motora üç kademe dirençle yol vermeye ait bağlantı şeması verilmiştir. Bu devrede kullanılan (D), (E), (F) röleleri motorun devir sayısına bağlı olarak enerjilenirler. Motorun maksimum momentle yol almasını sağlamak için, şönt sargı şebekeye bağlı tutulur ve (P1) devir ayar reostası normalde kapalı (C) kontağı ile kısa devre edilir. Şönt sargıdan geçen akımın kesilmesinden doğan indüksiyon gerilimi, (VR1) varistörüyle söndürülür. Direnci, uçlarındaki gerilimle ters orantılı olarak değişen elemana varistör adı verilir. Varistörün uçlarındaki gerilim büyüdüğünde, varistörün direnci çok azalır.

Şekildeki devrede şönt sargıda doğan indüksiyon geriliminin değeri çok büyük olduğundan, bu gerilime bağlı bulunan varistörün direnci çok küçülür. Doğan indüksiyon gerilimi, varistör üzerinden kısa devre olur dolayısıyla kolayca söner.

Şekilde verilen devrede başlatma butonuna basıldığında (M) kontaktörü enerjilenir. Kapanan (M) mühürleme kontağı devrenin sürekli çalışmasını sağlar. Güç devresinde (M) kontağı kapanınca, endüvi yol verme dirençlerinin üzerinden şebekeye bağlanır. Yol verme dirençlerindeki gerilim düşümleri nedeniyle, motor düşük gerilimde yol almaya başlar. Endüvinin devir sayısı ve endüvide doğan zıt E.M.K gittikçe yükselir.

Endüvideki zıt E.M.K şebeke geriliminin %50 değerine ulaştığında , (D) rölesi enerjilenir. (D) kontağı kapanır ve (A) kontaktörü devreye bağlanır. Kapanan (A) kontağı (R1) yol verme direncini kısa devre eder. Endüviden geçen akım ve meydana gelen döndürme momenti artar.

Endüvinin devir sayısı ve endüvide doğan zıt E.M.K yükselir. Endüvide doğan zıt E.M.K şebeke geriliminin %70 ine ulaştığında, (E) rölesi enerjilenir. (E) kontağı kapanır ve (B) kontaktörü devreye bağlanır. Kapanan (B) kontağı (R2) yol verme direncini kısa devre eder. Endüviden geçen akım ve bu akımın yarattığı döndürme momenti artar. Motorun devir sayısı ve endüvide doğan zıt E.M.K yükselir. Endüvide doğan zıt E.M.K şebeke geriliminin %85’ine ulaştığında (F) rölesi enerjilenir.(F) kontağı kapanır ve (C) kontaktörü devreye bağlanır. Kapanan (C) kontağı (R3) yol verme direncini kısa devre eder. Böylece endüvi normal şebeke gerilimine bağlanır.

Şekil 4.17 Kumanda devresi

Motorun normal geriliminde çalışması, durdurma butonuna basılıncaya kadar devam eder. (C) kontaktörü enerjilenince, normalde kapalı (C) kontağı açılır. (P1) devir ayar reostası şönt sargıya bağlanır. Motorun devir sayısı önceki ayarlandığı değere yükselir. Yol verme dirençleri, motorun devir sayısına bağlı olarak devreden çıkarlar.

BÖLÜM 5

FRENLEME TEKNİKLERİ

5.1   GENEL BİLGİLER

Durdurulacak motoru daha kısa zamanda durdurmada veya yükün yer çekimi nedeniyle motorun devrinin artmasına sebep olduğu anlarda elektriksel frenleme yapılır. Elektriksel frenleme de mekanik, dinamik ve ani frenleme olarak üçe ayrılır.

Şekil 5.1 Mekanik frenleme için güç devresi

Şekil 5.2 Dinamik frenleme için güç devresi

Mekanik frenleme, motor kasnağının iki balata ile sıkılması nedeniyle balatalı frenleme olarak da anılır. Ani frenleme ve dinamik frenleme ise tamamen elektriksel yolla gerçekleştirilir.

5.2   MEKANİK FRENLEME

Motorun frenlenmesi için motor kasnağının iki balata ile sıkıştırılmasına balatalı veya mekanik frenleme denilir. Şekilde görüldüğü gibi enerjisiz durumda motor miline bağlı volan (büyük demir disk) balata tarafından A yayı vasıtasıyla sıkılır ve volanın dönmesi engellenir.

Şekil 5.3 Mekanik frenlemeye ait güç ve kumanda devresi

Şekil 5.4 Mekanik frenlemeyle durdurulan motor

Motor enerjilendirildiğinde aynı anda fren bobini de enerjilenmiş olacağı için balata mekanizması açılır ve motor hareket etmeye başlar. Motorun enerjisi kesildiğinde fren bobininin de enerjisi de kesileceği için balata mekanizması tekrar volanı sıkarak motorun dönmesini engellemiş olur.

Mekanik frenlemede balataya sürtünmeden dolayı toz ve koku meydana gelir. Bundan dolayı genellikle insansız ortamlarda kullanılır. Asansör ya da vinç gibi sistemlerde motorların kapalı alanda frenlenmesi için tercih edilirler. Balatalı fren bobinleri alternatif akımla kullanılabilse de, genellikle doğru akımda kullanılırlar.

5.3   DİNAMİK FRENLEME

Hareket eden bir cismin üzerindeki yük arttırılırsa o cismin hızı da gittikçe azalacaktır. Örneğin, çalışan bir generatör yüklendikçe, generatörün devir sayısı da düşer. Bir doğru akım motoru çalışırken endüvisi şebekeden ayrılırsa, üzerindeki kinetik enerji nedeniyle, bu enerji sıfırlanana dek endüvi bir süre daha dönmeye devam eder. Eğer motorun milinde yük yoksa ve sürtünme vantilasyon kayıpları da küçükse motorun durma süresi de uzar.

Endüvi kendi kendine dönerken, kutuplar da manyetik alan yaratmaya devam ederlerse, motorun endüvi iletkenlerinde gerilim indüklenir. Yani motor dinamo gibi çalışmaya başlar. Dinamo gibi çalışan motor, dirençle yüklenirse, dönmekte olan endüvi daha çabuk durur. Bu şekildeki frenlemeye de dinamik frenleme adı verilir. Tamamen elektriksel yolla gerçekleştirilir. Dinamik frenleme yönteminde rotordaki kinetik enerji elektriksel olarak harcanır ve rotorun frenlenmesi sağlanır.

Şekil 5.5 Dinamik frenlemeyi gösteren animasyonun devresi

 

Şekil 5.6 Dinamik frenlemenin güç ve kumanda devresi

Şekildeki devrede başlatma butonuna basıldığında motor dönmeye başlar. M kontaktörü enerjilendiğinde kendisine ait M kontağı kapanarak mühürlemeyi sağlar ve dönme işinde süreklilik başlar. Hareketin herhangi bir anında Fren butonuna basıldığında motora giden enerji kesilir ve enerji alt kolu takip ederek zaman rölesiyle fren kontaktörünü aktif hale getirir.

Bu frenleme işlemi zaman rölesinin sayacağı süre boyunca devam eder. Bu esnada F kontağı mühürleme yaparak enerjinin sürekli bu kesime akmasını sağlar. Zaman rölesinin sayması bittiğinde gecikmeli açılan zaman rölesi kontağı açılır ve frenleme kesimine enerjinin ulaşmasını engeller. Böylece zaman rölesinin saydığı süre boyunca frenleme gerçekleştirilmiş olur.

5.3.1  Frenleme Gerilimi ve Direnç Hesabı

Frenleme gerilimi hesabı yapılırken önce frenlenecek motorun bir faz sargısı omik direnci ölçülür. Motorun bağlantı şekline göre hesap şu şekilde yapılır. Motor yıldız bağlı ise Şekil 5.7, motor üçgen bağlı ise Şekil 5.8’deki gibi hesaplamalar gerçekleştirilir.

Şekil 5.7 Yıldız bağlı motorda hesaplamalar

Burada dikkat edilecek nokta frenleme akımının sargılara zarar vermeyecek değerde olmasıdır. Frenlemenin daha kuvvetli olmasını istiyorsak frenleme akımı olarak yıldız akımının seçilmesidir. Frenleme süresi kısa olduğundan sargılar zarar görmeyecektir.

Şekil 5.7 Üçgen bağlı motorda hesaplamalar

Örneğin, etiketinde 220/380V, 1.73/1A yazılı 3 fazlı bir asenkron motorun U-X uçlarına 10V DC gerilim uygulanmış ve devreye bağlı ampermetreden 0.5A okunmuştur. Bu motor için frenleme gerilimini hesaplayınız. (Motor fazlar arası gerilimi 380V olan şebekeye bağlanacaktır.) Bu motorun yıldız bağlanması gerekir. Buna göre;

UF = (I / 1,11)*(3R / 2)
UF = (1 / 1,11)*(3 / 2)*(10 / 0.5)
UF = 27V olarak bulunur.

5.3.2  DC Motorlarda Dinamik Frenleme

DC motorların frenlenmesindeki prensip AC motorların frenlenmesi prensibi ile aynıdır. Ancak burada frenleme direnci kullanılarak frenleme akımının belli bir değerin üstüne çıkması önlenir. Böylece fırçaların, kollektörün ve sargıların zarar görmesi önlenir. AC motorlarda rotor çubukları geçecek büyük değerli akımlara dayanabildiği için bir sakınca yoktur.

Şekil 5.8 DC motorda frenleme için bağlantı şekli

Bir DC motorun endüvi akımı kesildikten sonra endüktör akımı devam ettirilirse DC motor generatör gibi çalışmaya başlar. Bu durumda endüvi ıçları arasına bir yük (direnç) bağlananırsa bu yükten geçen akıma bağlı olarak motorun devir sayısı hızla azalacak ve frenlenecektir.

5.4   ANİ FRENLEME

Motor bir yönde dönerken şebekeden ayrılır ve ters yönde dönecek şekilde hemen şebekeye bağlanırsa motorda ters yönde bir döndürme momenti meydana gelir. Devir sayısı hızla azalır ve sıfır olur.Motor ters yönde dönmeden şebekeden ayrılırsa frenlenmiş veya ani olarak durdurulmuş olunur. Bu tip elektriksel frenlemeye ani durdurma denir. Bir motora ani durdurma işlemi uygulanmadan önce motorun yol alma karakteristiğinin ve bağlı olduğu tezgahın durumunun iyice incelenmesi gerekir.

5.4.1  Üç Fazlı Asenkron Motorların Ani Frenlemesi

Bu devrede ileri butonuna basıldığında, (I) kontaktörü enerjilenir. Normalde kapalı (I) kontağı açılır, normalde açık (I) kontakları kapanır. Motor ileri yönde dönmeye başlar. (A) ani durdurma anahtarının ileri dönüş yönündeki kontağı kapanır. Normalde kapalı olan (I) kontağı açıldığından, bu durumda (G) kontaktörü enerjilenmez. (R) fazından gelen akım (A) ani durdurma anahtarının ileri dönüş yönündeki kontağından, geri butonu üst kontaklarından ve normalde kapalı (G) kontağından geçerek (I) kontaktörünü sürekli olarak çalıştırır. Böylece motor ileri yönde sürekli olarak döner. Motorun ileri yöndeki dönüşü, durdurma butonuna basılıncaya kadar devam eder.

 

Şekil 5.9 Güç ve kumanda devresi

Durdurma butonuna basıldığında, (I) kontaktörünün enerjisi kesilir. Güç devresinde (I) kontakları açılır ve motor şebekeden ayrılır. Kumanda devresinde açılmış olan (I) kontağı kapanır. Rotor ileri dönmekte olduğundan, (A) ani durdurma anahtarının ileri dönüş yönündeki kontağı kapalı kalır. Bu kontak ve normalde kapalı (I) kontağı üzerinden geçen akım (G) kontaktörünü enerjilendirir. Güç devresinde (G) kontakları kapanır. İki fazın yeri değişmiş olarak, motor tekrar şebekeye bağlanır. Rotoru ileri yönde dönmekte olan motorda, ters yönde bir döndürme momenti meydana gelir. Devir sayısı hızla düşer ve sıfır olur. Ani durdurma anahtarı normal konumuna döner. (G) kontaktörünün enerjisi kesilir. Motor şebekeden ayrılır. Ters yönde dönmeye başlamadan motor ani olarak durmuş olur.

5.4.2  DC Motorların Ani Frenlemesi

DC motorlarında ani olarak durdurulmasında ani durdurma anahtarı veya röleleri kullanılır. Ani durdurmada, endüvide indüklenen gerilim (zıt E.M.K) şebeke gerilimine eklenir.Bu nedenle motor şebekeden yol alma akımın iki katına yakın akım çeker. Bu akımı sınırlandırmak için, devrede (Rf) ani durdurma direnci kullanılır. (Rf) ani durdurma direncinin değeri yaklaşık olarak (Ry) yol verme direncini iki katına eşittir. Ani durdurmayı otomatik olarak gerçekleştirmek için, devrede otomatik çalışan bir anahtar kullanılır. (A) harfi ile işaretlenmiş bu anahtar, mildeki sürtünme kuvvetiyle veya merkezkaç kuvvetiyle çalışır.

Şekil 5.10 Kumanda devresi

Yol verme momentinin yüksek olmasını sağlamak için devrede şönt sargı devamlı olarak şebekeye bağlı olarak tutulur. Bu devrede başlatma butonuna basıldığında, (M) kontaktörü enerjilenir. Kapanan (M) kontağı başlatma butonunu mühürler ve sürekli çalışmayı sağlar. Güç devresinde (M) kontakları kapanır. Endüvi şebekeye bağlanır. Endüviden yukarıdan aşağıya olmak üzere bir akım geçer. Motor şekilde gösterilen yönde döner. Mildeki sürtünme veya merkezkaç kuvveti nedeniyle, (A) ani durdurma anahtarı kapanır. Normalde kapalı (M) kontağı önceden açıldığından, bu durumda (G) kontaktörü enerjilenmez. Motor çalışması durdurma butonuna basılıncaya kadar devam eder.

Durdurma butonuna basıldığında, (M) kontaktörünün akımı kesilir ve endüvi şebekeden ayrılır. Önceden açılmış olan (M) kontağı kapanır. Ataleti nedeniyle endüvi dönmekte olduğundan, (A) ani durdurma anahtarı kapalı kalır. Bu nedenle (G) kontaktörü enerjilenir. (G) kontakları kapanır ve endüvi tekrar şebekeye bağlanır. Bu durumda endüviden aşağıdan yukarıya olmak üzere bir akım geçer. Bu akım ters yönde bir döndürme momenti yaratır. Ok yönünde dönen endüvinin devir sayısı hızla düşer. Devir sayısı sıfır olduğunda, (A) ani durdurma anahtarı açılır. (G) kontaktörünün enerjisi kesilir. (G) kontakları açılır ve endüvi şebekeden ayrılır. Motor ters yönde dönmeden, çok kısa bir zaman içinde durdurulmuş olur.

BÖLÜM 6

ÖRNEKLER

6.1   MAĞAZA KAPISI PROBLEMİ

Bir mağaza kapısının otomatik olarak açılıp kapanması istenmektedir. Temel şartlar şunlardır;

  • Kapıya herhangi bir cisim yaklaştığında kapı açılacak,
  • Cisim içeri girdikten sonra kapanacak,
  • Kapı kapanmak üzereyken yeni bir cisim gelirse yeniden açılacak,

Görüldüğü gibi, bir dönüş yönü değiştirme ve hareket algılama sistemi mevcuttur. Devrenin kurulmasında yakşalım sensörü (YS), sınır anahtarı (SA) ve şalterlerden (Ana Şalter) faydalanılacaktır. Üçüncü bölümde temel prensipleri anlatılan bu sistemin güç ve kumanda devresi şu şekilde çizilmelidir.

Şekil 6.1 Güç devresi

Şekil 6.2 İstenen kumanda devresi

Devrede yaklaşım sensörüne bir cisim geldiğinde, sensör cismi algılayarak kontağını kapatır. Enerji üstteki yoldan geçerek ileri hareketi sağlayacak olan I kontaktörüne ulaşır ve kapı açılmaya başlar. Bu sırada alttaki yolun enerjisi de ileri hareketi sağlayan kontaktörün (I), normalde kapalı kontağı sayesinde kesilmiştir.

Aynı şekilde kapının kapanması esnasında da eğer cisim sensörden uzaklaştıysa kontaklar konum değiştirir ve bu sefer alttaki yol üzerinden enerji geçerek kapının kapanmasını sağlayacak olan geri hareket kontaktörü aktif hale gelir. Bu sırada üstteki yolun enerjisi de geri hareketi sağlayan kontaktörün (G), normalde kapalı kontağı sayesinde kesilmiştir.

Şekil 6.3 Mağaza kapısı probleminin animasyondaki gösterimi

6.2   GARAJ KAPISI PROBLEMİ

Bir garaj kapısının tek butonla açılıp kapanması istenmektedir. Temel şartlar şunlardır;

  • Açma ve kapama işlemini tek bir buton sağlayacak,
  • Çalışmanın herhangi bir anında ana şalterden enerji kesilirse hareket duracak,
  • Devrenin kurulmasında buton, kontak, kontaktör, sınır anahtarı (SA) ve şalterlerden (Ana Şalter) faydalanılacaktır.

Şekil 6.4 Güç devresi

Şekil 6.5 İstenen kumanda devresi

Üçüncü bölümde temel prensipleri anlatılan bu sistemin güç ve kumanda devresi Şekil 6.4 ve Şekil 6.5’te görülmektedir.

Devrede butona basıldığında üst yol üzerinden SA2 ve K kontakları üzerinden geçen enerji kapının açılması için hareketi sağlayan A kontaktörünü aktif hale getirir ve kapı açılmaya başlar. Kapının açılmasıyla birlikte, sınır anahtarı SA1 ve SA2’nin kontakları konum değiştirir. Buton bırakılsa bile A kontağının mühürlemesi üzerinden enerji geçişi sağlanır. Bu sırada alttaki yolun enerjisi de ileri hareketi sağlayan A kontaktörünün, normalde kapalı kontağı sayesinde kesilmiştir.

Aynı şekilde kapının kapanması esnasında da yeniden butona basıldığında enerji alt yolu izleyerek devam eder. SA2, SA1 ve A kontakları üzerinden geçerek kapının kapanmasını sağlayacak olan K kontaktörü aktif hale gelir. Kapının kapanmasıyla birlikte, sınır anahtarı SA1 ve SA2’nin kontakları konum değiştirir. Bu sırada üstteki yolun enerjisi de kapama işini sağlayan K kontaktörünün, normalde kapalı kontağı sayesinde kesilmiştir. Herhangi bir zamanda kapıya müdahale etmek için devrede bir ana şalter yer almaktadır.

Şekil 6.6 Garaj kapısı probleminin animasyondaki gösterimi

6.3   SU TANKI PROBLEMİ

Bir su tankının içindeki sıvının belirli süre karıştırılması istenmektedir. Bunun için gereken şartlar şunlardır;

– Start butonuna basınca, belirlenen seviyeye kadar tanka sıvı dolacak,
– İstenen seviyeye gelindiğinde sıvı dolma işi kesilecek,
– Sıvı dolduğunda karıştırıcı devreye girerek 4 saniye boyunca sıvıyı karıştıracak,
– 4 saniye sonunda sıvı boşaltılmaya başlanacak,
– Boşaltım işi bittiğinde yeniden Start butonuna basılırsa aynı işlemler tekrar edecek,
– Çalışmanın herhangi bir anında Stop butonuna basılırsa işlem kaldığı yerde duracak.

Devrede start butonuna basıldığında motor enerjilenecek ve M kontağının mühürlenmesiyle sürekli olarak çalışacaktır. Gelen enerji ile musluğa bağlı A kontaktörü de enerjilenecek ve tanka sıvı akışı başlayacaktır. Sıvı miktarı üst sınır anahtarı ÜSA’ya ulaştığında ÜSA konum değiştirip enerjisini keserek A üzerinden sıvı akışı engellenecek ve karıştırma motoruna ait KM kontaktörü devreye girip tank içindeki sıvı karıştırılmaya başlanacaktır.

Dört saniye sayan zaman rölesi sayma işini bitirdikten sonra kontaklarına konum değiştirtecek ve boşaltma musluğuna bağlı B kontaktörünü enerjileyerek sıvının boşaltılmasını sağlayacaktır. Sıvı boşaldıktan sonra alt sınır anahtarı ASA’nın kontağı da konum değiştirerek C  kontaktörünü enerjileyip devre girişindeki C kontağının atmasını sağlayıp işlemin sonlanmasını sağlayacaktır. İşlemin herhangi bir anında stop butonuna basılırsa çalışma duracak, işlem sonunda yeniden start butonuna basılırsa anlatılan adımlar tekrarlanacaktır.

 

Şekil 6.6 Güç ve kumanda devresi

Şekil 6.6 Su tankı probleminin animasyondaki gösterimi